DE4443665C2

DE4443665C2 - Strömungssensor

Info

Publication number: DE4443665C2
Application number: DE19944443665
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Fritz
Original assignee: Individual
Current assignee: FRITZ, HELMUT, DIPL.-ING., 90556 SEUKENDORF, DE
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1994-12-08
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2014-12-09
Also published as: DE4443665A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Strömungssensor zur Signalisierung einer Strömungsablösung an Tragflügeln, insbesondere bei langsam fliegenden Fluggeräten (z. B. Hängegleiter).

Es soll die Entwicklung der Strömungsablösung an einem Tragflügel erkannt werden, um schädliche Druckwiderstände zu reduzieren und um Gefahrensituationen aufgrund von vollständigem oder teilweisem Strömungsabriß (Stall) am Tragflügel zu verhindern.

Es ist bekannt Strömungsrichtungen mit Woll- oder Rauchfäden sichtbar zu machen. Auch durch Messung der Fluggeschwindigkeit oder des Anstellwinkels versucht man auf einen bevorstehenden Strömungsabriß zu schließen. Weiterhin sind aus US 2 373 089 drehbar aufgehängte Zungen bekannt deren eine Hälfte außen von der Strömung bewegt wird und die zur anderen Hälfte in den Flügel hineinragen um im Inneren einen Kontakt zu betätigen. Der innenliegende Teil der Zunge bildet ein Gegengewicht um den anderen Teil zu heben.

Aus der DE 29 37 545 A1 ist ein Windfahnenrelais als Luftströmungsüberwachungsgerät bekannt, welches eine durch den Luftstrom biegbare Platte als Windfahne aufweist, an deren freiem Ende ein Magnet als Kontaktgeber vorgesehen ist.

Für die ersten beiden Methoden ist es allerdings notwendig das gesamte Kontrollgebiet ständig zu beobachten und außerdem zur Generierung von Rauchfäden zusätzlich strömungsstörende und gewichtsintensive Einrichtungen zu installieren. Auch die Ermittlung der Fluggeschwindigkeit und des Anstellwinkels stellen bei einseitigen oder örtlichen Ablösungen, wie sie etwa im Kurvenflug, bei Turbulenzen (Böen, Thermik) oder bei unsymmetrischen Anströmungen (Schiebeflug, Slip) auftreten, nur beschränkt taugliche Informationen für die Beurteilung des Strömungszustandes am Flügel dar.

Die folgende Ausführung von bekannten Sensoren zur Feststellung von Strömungsabrissen, nämlich mit drehbarem Zungenmechanismus, kann dem Anspruch der Unempfindlichkeit gegenüber verfälschenden Kräften nicht in befriedigenden Maße gerecht werden. Allein der Einsatz des Prinzips "Gegengewicht" macht diesen Sensor empfindlich gegenüber Beschleunigungskräften die im Flug häufig auftreten. Zudem wird für den kontaktgebenden Teil des Sensors, der in den Flügel hineinragt, annähernd eine Verdoppelung der Masse akzeptiert. Diese Fakten zeigen, daß bei dieser Lösung ein extrem massearmer Sensoraufbau nicht angestrebt wurde. Auch eine Drehlagerung limitiert die Bemühungen zur Massereduzierung. Da die Sensorminiaturisierung mit dieser Technik nicht hinlänglich verwirklicht werden kann, sind hier außerdem Störungen der Grenzschichtströmung zu erwarten, verursacht durch zu große Abmessungen und durch die Öffnung im Flügel. Will man kommunizierende Strömungen zu anderen Sensoren verhindern, müssen im Flügelinneren die Sensorhebel gewichts- und kostenaufwendig gekapselt werden.

Auch beim letztgenannten Beispiel zum Stand der Technik gilt, daß bei Anordnung eines masseintensiven Magnetes am Windfahnenkopf verfälschende Beschleunigungskräfte im Flug generiert und auch Miniaturisierungsbemühungen nicht in hinlänglichem Umfang durchgeführt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen sehr massearmen und miniaturisierten Sensor zu schaffen, der auf einfache Weise eine Fernanzeige des Strömungungs zustandes an einer bestimmten Stelle am Flügel ermöglicht ohne nennenswert von Beschleunigungskräften beeinflußbar zu sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein massearmer, einarmiger Hebel aus federndem Werkstoff eine Kontaktfahne trägt und an dem einen Ende auf einer einen Gegenkontakt aufweisenden Trägerplatte befestigt ist, daß das Gelenk und die Federkraft durch das Einbringen einer Fensteraussparung und sich dabei ergebenden Stegen definiert werden, daß am freien Ende des Hebels eine Prallfläche vorgesehen ist und daß eine auf die Prallfläche auftreffende Strömung den Hebel verbiegt und den Kontakt betätigt.

Als weitere Ausbildungen der Erfindung wird für den Hebel elektrisch leitender Werkstoff eingesetzt und zwar nichtrostender Stahl mit Federeigenschaften. Dabei ist der Hebelquerschnitt annähernd rechteckig mit einem Verhältnis von Breite zu Dicke größer als 30. Die Dicke beträgt vorzugsweise zwischen 0,02 mm und 0,03 mm. Die Kontaktfahne ist selbst auch federnd am Hebel angebracht um Fehlauslösungen bei Vibration des Sensors abzufangen. Die Kontaktsignalisierung ist Teil einer Fernanzeige.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß jetzt durch das Anbringen eines Fensters und durch die sich dabei ergebenden Stege ein Gelenk entsteht, das mehrere benötigte Funktionen in idealer Weise in sich vereint. Durch die Größe des Ausschnittes läßt sich die Federkraft einstellen, die für die spezifische Aufgabe erforderlich ist. Es wird außerdem die Richtung der Drehung definiert und es erhöht sich vorteilhaft die Richtungsstabilität der sich bewegenden Zunge. Mit den konstruktiven Merkmalen und der Wahl des Werkstoffes zusammen ergibt sich nun die Möglichkeit zur Miniaturisierung des Sensors, die es erlaubt auf der Kontrollfläche (z. B. Tragflügel) eine Vielzahl von Sensoren anzubringen ohne in die Kontrollfläche eindringen zu müssen, ohne die Strömung bzw. Grenzschicht nennenswert zu stören, wobei gleichzeitig mit der Massenreduzierung das Verhältnis von Beschleunigungskräften zu Strömungskräften am Sensor soweit gesenkt werden kann, daß eine Fehlsignalisierung dadurch nicht mehr erfolgt.

Bei verteilter Anordnung von Strömungssensoren kann eine Fernanzeige für den Piloten verwirklicht werden, die ihm beispielsweise gestattet in der Startphase sich des vollständigen Anliegens der Strömung am Flügel zu vergewissern, im Flug die Entwicklung von Gefahrensituationen bei fortschreitenden Strömungsablösungen rechtzeitig zu erkennen sowie schädliche Druckwiderstände durch Vermeiden von Verwirbelungen bedeutend zu reduzieren. Dies ist durch die Erfindung mit geringem energetischen Aufwand und verschwindend kleiner Störung der Strömung erreichbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand von Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Strömungssensor wie er auf eine Trägerplatte 6 aufgebracht ist. Leiterbahnen 7 führen einmal zum Fuß 4 des Sensors und außerdem zu einem Gegenkontakt 8. Bei genügend starker Strömung an der Prallplatte 3 wird die Kontaktfahne 2 über den Hebel 1 gegen den Widerstand der Federkraft, hervorgerufen durch die Stege 5, betätigt. Es kommt zur Berührung zwischen Kontaktfahne 2 und Gegenkontakt 8. Unterschreitet am Ort des Sensors die Strömungsgeschwindigkeit danach wieder einen charakteristischen Wert oder erfolgt eine Ablösung der Strömung oder eine Rückströmung, so öffnet der Kontakt wieder. Die Zustände des Sensors sind dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt entweder geöffnet oder geschlossen ist.

In Fig. 2 sind beispielsweise 3 auf einem Flügel verteilt angeordnete Strömungssensoren zu sehen. Sensor A befindet sich im Bereich anliegender Strömung und wird dies bei ausreichend großer Strömungsgeschwindigkeit durch den geschlossenen Kontakt anzeigen. An der Stelle des Sensors B ist gerade der Ablösungspunkt erreicht wodurch dieser Sensor also geöffnet ist. Sensor C befindet sich im Innern eines Ablösungsgebiets mit vorliegender Rückströmung, sodaß auch dieser geöffnet ist. Sollte sich das Ablösungsgebiet weiter ausdehnen, z. B. bei Erhöhung des Anstellwinkels, würde später auch Sensor A erreicht werden und sich öffnen. Mit dieser Anordnung läßt sich somit der zeitliche Entwicklungsverlauf eines Ablösungsgebietes beschreiben.

Claims

1. Strömungssensor zur Signalisierung einer Strömungsablösung an Tragflügeln, insbesondere bei langsam fliegenden Fluggeräten, mit einem Hebel und einem Kontakt, der in Abhängigkeit der auf eine Prallfläche am Hebel auftretenden Strömung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet,

1. daß der Hebel als einarmiger, massearmer Hebel (1) aus federndem Werkstoff ausgebildet ist und eine Kontakt fahne (2) trägt,
2. daß an dem einen Ende der Hebel (1) auf einer, einen Gegenkontakt (8) aufweisenden Trägerplatte (6) befestigt ist und an dem freien Ende die Prallfläche (3) vorgesehen ist,
3. daß nahe an dem einen befestigten Ende der Hebel mit einem Fenster vorgesehen ist, wodurch sich in der Breite festlegbare federnde Stege (5) ergeben.

2. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

1. daß als Werkstoff nichtrostender Stahl verwendet wird,

3. Strömungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,

1. daß der Hebelquerschnitt annähernd rechteckig ist, mit einem Verhältnis von Breite zu Dicke größer als 30

4. Strömungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Dicke im Bereich von 0,01 mm bis 0,1 mm liegt vorzugsweise aber zwischen 0,02 mm und 0,03 mm beträgt.

5. Strömungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

1. daß zur Verhinderung von Fehlauslösungen aufgrund von Schwingungen des Sensors, die Kontaktfahne (2) selbst auch federnd angebracht ist.

6. Strömungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

1. daß die Kontaktsignalisierung Teil einer Fernanzeige ist.